운동 생리학-신경계(nervous system)- 신경 전달 물질(neurotransmitter), 시냅스(synapse)

신경계 시스템은 신경세포들의 연결된 방대한 순환고리로 만들어져 있고, 각각의 신경세포는 시냅스를 통해 의사소통을 한다. 시냅스는 특별화되어 있는 접합부로써 뉴런(신경세포)끼리의 자극 전달이 이루어진다.

 

구조조적으로 분류해보면 축색돌기 시냅스(axodendritic synapse), 신경근 시냅스(neuromuscular synapse), 신경 동맥 시냅스( neuroglandular synapse) 들이 있고, 기능적으로 분류해보면 전기적 시냅스와 화학적 시냅스가 있다.

 

전기적 시냅스는 세포들이 직접적으로 연결된 신경접합을 말하는데 이는 중추신경계나 심장근에서 나타난다. 

화학적 시냅스는 신경세포들이 사이와 그리고 신경세포와 근육세포 접합, 신경세포와 분비샘의 접합에서 찾아볼 수 있다. 

 

전기적 시냅스(electrical synapse)

 

전기적 시냅스는 간극 연결(gap junction)이라고 불리기도 하는데, 작은 통로로 연결되어 활동 전위가 두 세포 사이를 직접 실행되는 것을 말한다.  간극 연결은 중추신경계(CNS), 심장근육세포(cardiomyocyte), 그리고 내장 평활근(viceral smooth muscle)에서 찾아볼 수 있다.

전기적 시냅스는 더 빠르고 더 직접적인 통로를 통해 의사소통이 이루어진다. 그리고 또 다른 특징은 신경섬유,근섬유, 세포들의 연결을 해주면서 동시에 활동 전위도 동시에 일어날 수 있게 한다.

 

화학적 시냅스(chemical synapse)

화학적 시냅스는 신경세포의 축삭돌기와 수상돌기 사이, 축삭돌기와 세포체 사이, 축삭돌기들 사이에서 일어난다.

뉴런 사이의 움푹 파인 작은 공간에서  전기적 자극은 통과하지 못한다. 다른 형태로 자극이 전달되어야 하는데, 화학적 신호를 바꾼다음 전달되게 되는데 , 이를 신경전달물질(neurotransmitter)라고 부른다. 

 

시냅스 전의 축삭 말단(Presynaptic axon terminal)

신경 세포의 말단으로 Voltage gated calcium channels을 형성하고 있다.

시냅스 소포낭(synaptic vesicle)

시냅스 소포낭을 전달될 신경전달물질로 채워져 있고 신경 세포의 말단에서 자극과 활동 전위를 통해 분비된다.

시냅스 간극(synaptic cleft)

시냅스 간극은 자극이 전달된 세포 사이에 작은 공간을 말한다.

시냅스이후 축색 종말(postsynaptic axon terminal)

신경전달물질이 전달된 다른 세포의 축색종말로서 ligand-gated 수용체들이 신경전달물질을 전달받게 된다.

 

화학적 시냅스의 활동전위 단계

 

1. 먼저 시냅스전의 신경세포의 축삭 말단에서 활동 전위 자극이 전달되면 축삭 말단이 탈분극이 일어나게 되어 칼슘채널이 세포막에서 열리게 된다. 이때 칼슘이온들의 이동이 일어나게 된다.

2. 칼슘으 ㅣ농도가 높아지게 되면 신경전달물질을 포함하는 시냅스 소포낭들이 축삭 말단과 결합하게 되고, 이때 신경전달물질인 아세틸콜린(acetylcholine)이 엑소 사이 토시스(exocytosis; 세포 밖으로 분출하는 형태)를 통해 분비되게 된다. 시냅스 간극에 분비된 신경전달물질들은 확산과 전달될 세포의 신경전달물질 수용체와 결합하여 시냅스 이후 축색 종말을 통해 이동하게 된다.

3. 신경전달물질이 전달되면 시냅스 이후 전위가 형성되게 되는데, ligand-gated channel 이 이온들의 이동을 흘러 들어오게 한다. 이 때 전압을 바뀌게 되는데 이를 시냅스 이후 전위라고 한다. 이때, 탈분극이 다시 일어나게 되는데 예를 들어 나트륨 채널이 열려 나트륨 이온들이 세포 내로 들어오게 되면 세포 내의 전압 변화로 탈분극이라고 말할 수 있다. 그리고 예를 들어 염소(Cl) 이온들의 채널이 열려 세포 내로 들어오게 되면 과분극이 일어나게 된다. 

4. 시냅스이후 활동 전위는 만약에 시냅스 이후에 탈분극이 일어나게 되면 이러한 자극이 축삭 둔덕(Axon hillock)으로 전달되게 되는데, 전압 의존 채널(voltage-gated channel)의 전압이 바뀌게 되어 열리게 된다. 활동 전위를 촉발시키는 매개가 되어 다음 활동 전위가 일어나게 된다.

 

신경전달물질

 

세포와 세포 사이에서 전달되는 과정 중 리간드 채널(ligand-gated channel) 이 나트륨이온과 칼륨이온을 동시에 이동할 수 있게 하는데 나트륨 이온의 세포 내 이동이 칼륨의 유출보다 더 크기 때문에 시냅스 이후 세포막은 더 플러스 기질이 되게 된다.  또한 리간드 채널에서  염소이온이 더 큰 양이 이동하게 되는데 이때 염소이온은 마이너스의 특성을 가지고 있어 시냅스 이후 세포막은 마이너스 기질을 나타나게 된다.

 

 

신경전달물질은 100개가 넘게 식별된다. 분류를 해보면 아세틸콜린(acetylcholine), 아미노산(amino acid), 생체 아민(biogenic amines),산화 질소(nitiruc oxide), 신경펩티드(neuropeptide)로 나눌 수 있다.

 

아미노산-글루타메이트(glutamate), 글리신(glycine), 감마아미노낙산(GABA)

생체 아민(biogenic amines)- 세로토닌(serotonin), 도파민(dopamine), 놀 에피네프린(norepinephrine)

신경펩티드(neuropeptides)-메텐케펄린(Met-enkephalin; 뇌에서 만들어지는 진통성 물질), 베타 엔드로 핀(뇌하수체에서 분비), 등등